СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ШАМОТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ Российский патент 2002 года по МПК C04B41/87 C04B35/106 

Изобретение относится к области создания огнеупорных материалов и может быть использовано для нанесения на них поверхностных слоев покрытий при производстве огнеупорных изделий, преимущественно шамотных.

Известно, что для увеличения срока службы огнеупорных изделий на их поверхность наносят специальный упрочняющий слой (покрытие). Для получения такого покрытия на пористых материалах согласно патенту России 2049763, МПК С 04 В 41/87, 23.01.92 на поверхность изделия наносят экзотермический состав, содержащий (окислитель) оксид кремния, алюминий и водный раствор жидкого стекла, после сушки при комнатой температуре дополнительно выдерживают при 100-120^oС в течение 2-3 ч, а затем инициируют химическое горение путем нагрева до 650-750^oС. Такие покрытия не выдерживают долгого контакта со статистическими и динамическими воздействиями высокотемпературных, высокоскоростных и агрессивных сред, так как такое покрытие адгезионно связывается только с высокопористыми основами подложки и в результате пропитки шликером приповерхностных слоев не обеспечивает исключение протекания химических процессов в порах, что является причиной разрушения огнеупора и малого срока службы.

Эта проблема частично решена в способе по патенту России 2091352, МПК С 04 В 35/66, С 04 В 35/12, 29.02.96. Для этого в шихте в качестве окислителя используют оксид хрома и дополнительно вводят бор аморфный и тетрафторборат, композицию затворяют 10-20%-ным раствором жидкого стекла в соотношении 1,5-1,6: 1. Композиция наносится на поверхность подложки способом низкотемпературного синтеза - сначала осуществляют нагрев до температуры инициирования синтеза, равной 700-800^oС, а синтез и спекание - при 1450-1800^oС. Упрочняющее покрытие, полученное таким способом, содержит бориды хрома и алюминия с суммарной массовой долей боридов 35-65%, оксиды хрома и алюминия - остальное.

В другом способе (см. патент России 2137733, МПК С 04 В 41/87, С 04 В 35/65, 15.01.97.) для улучшения эксплуатационных свойств легковесных пористых теплоизоляционных материалов, в частности пористых огнеупоров, на поверхность изделий наносят экзотермический состав, содержащий оксид кремния, алюминий, модифицирующую добавку (глину, бор аморфный, тетрафторборат калия или их смеси) и связующее (жидкое стекло), сушку и нагрев заготовки до момента инициированного горения - 780-840^oС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения плазменного покрытия на огнеупорных материалах по патенту 1665667, МПК С 04 В 35/48, 02.08.89.

Согласно этому способу на поверхность изделия предварительно наносят пасту, содержащую тугоплавкий компонент, включающий цирконий, добавки оксидов, стабилизирующие диоксид циркона и связующее, после чего поверхность оплавляют потоком низкотемпературной плазмы. При этом на поверхности образуется тетрагональный диоксид циркония - покрытие прочное и химически стойкое. Для снижения энергозатрат на единицу площади поверхности в пасту вводят субмикронные частицы углерода в количестве 0,5-9% от массы циркония. Полученное покрытие имеет недостаточно высокую прочность сцепления с основой изделия за счет большой разницы коэффициента термического расширения основы (5-6•10^-6) и полученного покрытия (9-10^-6). Кроме того, вводимый углерод при высоких температурах будет способствовать созданию пористого покрытия, что при эксплуатации будет приводить к снижению как химической стойкости, так и уменьшению прочности сцепления поученных покрытий на огнеупорных материалах.

Задачей предлагаемого изобретения является получение покрытия на огнеупорных изделиях (преимущественно на шамотных), обладающего высокой прочностью сцепления и термостойкостью.

Для решения поставленной задачи на готовые шамотные изделия наносят слой пасты, содержащей включающий бакор и фосфатное связующее, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бакор - 50-70
Фосфатное связующее - Остальное,
а после высыхания оплавляют низкотемпературной плазмой, при этом пасту наносят слоем 2-3 мм.

Увеличение прочности сцепления покрытия с основой происходит за счет образования в переходной зоне соединений муллита и силиката циркония - соединений, связывающих свободный кварц. Кроме того, образуются соединения с повышенным содержанием оксида алюминия. Образующиеся соединения способствуют как увеличению прочности сцепления, так и увеличению термостойкости. Используемые фосфатные связки не снижают огнеупорности покрытия по сравнению с жидким стеклом.

При толщине пасты более 3 мм не происходит сплавление нанесенной пасты с "черепком" из-за отсутствия достаточного количества расплава, образующегося на поверхности при кратковременном воздействии плазмы. А при толщине слоя пасты менее 2 мм не образуется достаточное количество муллито- и силикатно-циркониевых соединений, которые необходимы для увеличения термостойкости оплавляемого шамотного изделия.

Далее способ поясняется примером конкретного выполнения.

Для осуществления предлагаемого способа готовят пасту, содержащую молотый бакор и фосфатное связующее. В качестве фосфатного связующего использована алюмофосфатная связка (2Аl₂О₃•3Р₂О₅). При приготовлении пасты измельченный бакор и связку загружают в смеситель и тщательно перемешивают до образования однородной массы. Пасту наносят слоем 2 мм на поверхность готовых шамотных изделий и подсушивают на открытом воздухе. Для ускорения процесса подсушивания можно сушку производить с помощью калорифера или в сушильной печи. Затем эту поверхность оплавляют потоком низкотемпературной плазмы. В результате на поверхности образуется стеклокристаллическое соединение, представленное муллитом и силикатом циркония, которые связывают свободный кварц, присутствующий в основе шамота. Было приготовлено несколько смесей паст, состав которых представлен в таблице. Прочность сцепления покрытия с основой изделия определялась путем отрыва приклеенной с помощью эпоксидной смолы подложки к покрытию согласно ГОСТу 379-90. Термостойкость определялась по стандартной методике при 1300^oС, согласно которой изделие нагревают до указанной температуры и охлаждают в проточной воде. По количеству циклов, которые выдерживают изделия до появления видимых разрушений (трещин, сколов, осыпания поверхностного слоя и т.п.) судят о термостойкости.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Для сравнения был осуществлен способ согласно прототипу и испытан по тем же методикам, что и заявляемый объект (пример 6). В таблице представлены результаты испытаний.

Из представленных в таблице результатов следует, что покрытие, полученное по предлагаемому способу, имеет более высокую прочность сцепления с основой изделия (2,8 МПа) и термостойкость до 10 циклов при температуре нагрева до 1300^oС по сравнению с известным (1,6 МПа, 7 циклов).

Изобретение относится к области создания огнеупорных материалов и может быть использовано для нанесения на них поверхностных слоев покрытий при производстве огнеупорных изделий, преимущественно шамотных. Сущность способа: на поверхность готового изделия наносят слой пасты, содержащей тугоплавкий наполнитель и связующее, с последующей плазменной обработкой. В качестве наполнителя паста содержит бакор, а в качестве связующего - фосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: бакор - 50-70; фосфатное связующее - остальное. Предложенный способ позволяет получать покрытие, обладающее высокими прочностью сцепления и термостойкостью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ создания защитного покрытия на шамотных изделиях путем нанесения на поверхность пасты, содержащей тугоплавкий наполнитель и связующее, с последующей плазменной обработкой, отличающийся тем, что в качестве наполнителя паста содержит бакор, а в качестве связующего - фосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Бакор - 50-70
Фосфатное связующее - Остальное
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пасту наносят слоем 2-3 мм.